本发明涉及一种血管弹性评估方法，特别涉及一种基于血流磁电效应，线圈检测的非侵入式血管弹性评估方法。
背景技术：
血管弹性又称血管顺应性，是血管的基本力学属性，主要反映动脉舒张状态及内皮功能，年老及许多慢性疾病都将引起血管硬度的变化。随衰老发生的心血管疾病是当今人类残疾和死亡的主要原因,其共同病理学基础是以动脉粥样硬化和动脉硬化为典型特征的动脉结构与功能病变。动脉硬化的发展最早是动脉弹性功能的改变，然后是内中膜增厚和斑块形成等动脉管壁结构的改变，动脉弹性功能在一定程度上提示了早期的动脉硬化。
就传统影像学的检查而言，血管壁的增厚或管壁斑块形成与否，是诊断动脉硬化诊断的主要依据，主要有如下方法：
(1)血管内膜厚度测量(imt)法：是一种依据血管管壁形态或结构的变化，即血管内膜的厚薄变化、回声强度、斑块的形成、管腔狭窄程度等进行诊断的方法。此种方法操作简捷，图像直观。但由于所采集的图像为视频信号，图像所能提供的信息量和测量精度易受人为等因素影响，图像放大后的测量精度也只是0.1mm。
(2)脉搏波速度(pwv)测量和踝臂指数(abi)：pwv是通过测量颈动脉和股动脉间的动脉搏动速度，对血管壁弹性和硬化程度进行评估的一种方法。abi(anklebrachialindex)通过检测踝--臂间的血压比值，反映血管狭窄程度。pwv和abi法的局限性在于，只能对局部大中动脉血管弹性状况进行检测评估。
(3)利用组织多普勒方法研究动脉血管弹性。该方法是通过测量动脉管壁的运动速度、加速度及其加速度时间等来评估动脉血管弹性状态。由于该方法仍是在二维或m模式下实现，测量精度同样受诸多因素影响，其临床实用性尚待证实。
(4)血流介导血管舒张检测技术(flow-mediateddilation，fmd)是一种用于早期动脉硬化诊断的方法，于上世纪90年代开始应用于临床。其原理为血流刺激引发血管内皮细胞释放一种活性物质——一氧化氮，随之产生的血管舒张。该方法因其无创和重复性好而倍受临床医生的关注，但因其操作较繁琐，对操作者的要求比较高，使其临床的推广应用受到一定影响。后来又有了两种新型无创检测方法：弹性成像技术和血管回声跟踪技术。
弹性成像技术的原理是对组织施加一个内部或外部的动态或静态的激励，在弹性力学及生物力学等物理规律的作用下，组织将产生一个响应，例如位移、应变、速度产生一定的改变，利用超声成像的方法，结合数字信号处理或数字图像处理的技术可以估计出组织内部的相应情况，从而直接反映组织内部的弹性模量等力学属性的差异。
血管回声跟踪技术是一种对动脉血管弹性进行检测和评估的方法。其原理是血管内径依心脏搏动而变化，即收缩期时管径增大，舒张期时管径变小。这种变化除了包含振幅信息外，还含有在相邻两次接收到的射频信号(rf)的相位改变，仪器通过零交叉方法实时地将这种相位变化转换为距离，并将其输入到系统内部，分析工具即可自动计算出多项反映动脉弹性的指标。
线圈检测式磁声电成像，又称为磁感应式磁声电成像(maet-mi)，是利用线圈检测目标体内电流变化的非接触式磁声电成像方法。在磁声电过程中，目标体内电流密度的变化会引起空间磁场的变化，而处于目标体外的线圈则可感应到空间磁场的变化而产生感应电压，与电极检测类似，它同样能够反映目标体内部电导率的信息。
技术实现要素：
本发明涉及的基于血流磁电效应的非侵入式血管弹性评估方法，首先要将胳膊放置在一个沿血管内血流流向的静磁场b0中。由于血管的弹性，当血流流过来的时候，动脉要向外扩张，假设血管在径向上以速度v向外扩张，使得血管直径增大，由于血管处于磁场当中，所以会在血管截面中产生一圈一圈的类似于涡流的电流。由于血液电导率高于外部肌肉和脂肪组织，在胳膊外面缠绕的感应线圈便可以感应到血管中涡电流的变化。
线圈缠绕在胳膊的外面，整个胳膊以及线圈组成区域ω，区域ω的边界用
je1＝σv×b0(1)
其中，b0为外加磁场的磁感应强度，σ表示目标体的电导率分布。在je1的激励下产生响应电场e1和变化磁场h1。由于h1随血管径向振动速度v变化，因此在线圈中会感应出电压u(t)。
在线圈检测模式下，磁场和电场之间的关系可以用法拉第电磁感应定律(2)和安培定律(3)来描述
其中，这里
这里dlcir表示沿着检测线圈的一个微小线元，r是血管半径。利用公式(2)和(3)，可以推出在外加激励je1下，以空间磁场h1和v为变量的场方程。
将公式(3)右侧的电导率σ除到左边，并在两端求旋度，再结合公式(1)和(2)可得
公式(5)是以磁场h1和v为未知量进行求解的矢量场方程。在已知动脉血管位置、线圈位置、血液电导率的条件下，利用有限元或者棱单元方法，可以获得含有变量v的电场强度e1与径向振动速度v之间表达式。
再将e1带入(4)便得到感应电压u(t)与血管径向振动速度v的关系式，可假设认为血管径向平均运动速度与线圈感应电压成正比：
在胳膊的外边围绕上类似于测量血压的袖套，调整袖套的压力使其处于舒张压与收缩压之间，使得血液可以通过血管但血管上还是承受着一定的来自袖套的压力。其中，收缩压是血管被袖套压力压死闭合后血管刚好被血液充盈撑开时的压力，亦称高压；舒张压是心脏舒张末期动脉的血液靠血管壁的弹力和张力作用继续流动，对血管壁的压力，亦称低压。假设舒张压为pmin，收缩压为pmax，袖套对胳膊的压强为p外，在这里控制pmin＜p外＜pmax，由于心脏不断泵血使得血管内的血液对血管内壁有一个向外的压强p内。
对于血管壁上的面元ds，由牛顿第二定律得(7)式
其中δr＝r1-r0，r1为血管变化后的半径，r0为血管在没有任何外力情况下的半径，k2为血管的弹性系数，ρ为血管的密度，h为血管壁的厚度，t为时间。将(7)式两边同除以ds得到式(8):
由于p内是随着血流的流动而变化的，所以在此设法消去此变量，改变袖套的压强分别测得两组数据得到(9)(10)两式：
由于袖套的压强介于收缩压和舒张压之间，所以(8)(9)式中血流对血管壁的压强可近似相等，所以将(10)-(9)得到(11)式：
将(6)式代入(11)式可得(12)式：
其中，δp外＝(p外2-p外1)，δr1＝(r2-r1)，
由于线圈感应的血流磁电信号(线圈上的电位)很微弱，所以为了得到血流感应出的电位，需要在心电信号的同步脉冲下进行积分采集，也就是利用心电信号作为同步脉冲，在每个心电周期内同时测量血流磁电信号，也就是线圈感应电压信号，经过多次采集后，通过重复平均的方法滤除噪声。
附图说明
图1血管检测模式图。
图中：1线圈，2血管，3胳膊。
图2线圈检测式磁声电成像实际物理过程。
图中：1袖套，2线圈感应电压信号，3心电信号，4同步采集。
图3血管受力分析图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
本发明涉及的基于血流磁电效应的非侵入式血管弹性评估方法，首先首先要构造一个沿血流流向的静磁场b0，将手臂置于此静磁场中。由于血管的弹性，当血流流过来的时候，动脉要向外扩张，假设血管在径向上以速度v向外扩张，使得血管直径增大，由于血管处于磁场当中，所以会在血管截面中产生一圈一圈的类似于涡流的电流。在胳膊外面缠绕一个线圈便可以感应血管中的电流信号(如附图1所示)。血液的电导率非常高，所以涡流最强。而外部的组织，肌肉等的电导率比较低，所以在此忽略。于是线圈感应的信号就是血液的信号所激发的。
在线圈与血管中血液相互感应的实际物理过程(如附图2所示)中，线圈缠绕在胳膊的外面，整个胳膊以及线圈组成区域ω，区域ω的边界用
je1＝σv×b0(1)
其中，b0为外加磁场的磁感应强度，σ表示目标体的电导率分布。在je1的激励下产生响应电场e1和变化磁场h1。由于h1随血管径向震动速度v变化，因此在线圈中会感应出电压u(t)。
在线圈检测模式下，磁场和电场之间的关系可以用法拉第电磁感应定律(2)和安培定律(3)来描述
其中，这里
这里dlcir表示沿着检测线圈的一个微小线元，r是血管半径。利用公式(2)和(3)，可以推出在外加激励je1下，以空间磁场h1和v为变量的场方程。
将公式(3)右侧的电导率σ除到左边，并在两端求旋度，再结合公式(1)和(2)可得
公式(5)是以磁场h1和v为未知量进行求解的矢量场方程。在无穷远边界条件下，利用有限元或者棱单元方法，可以获得包含变量v的磁场的解。通过计算公式(5)得到磁场h1以后，代入公式(2)(3)便可得到含有变量v的电场强度e1。
再将e1带入(4)便得到感应电压u(t)与血管径向振动速度v的关系式，于是通过测量线圈上的感应电压u(t)后便可计算得到血管的径向振动速度v，可假设认为血管径向平均运动速度与线圈感应电压成正比:
在胳膊的外边围绕上类似于测量血压的袖套，调整袖套的压力使其处于舒张压与收缩压之间，使得血液可以通过血管但血管上还是承受着一定的来自袖套的压力。其中，收缩压是血管被袖套压力压死闭合后血管刚好被血液充盈撑开时的压力，亦称高压；舒张压是心脏舒张末期动脉的血液靠血管壁的弹力和张力作用继续流动，对血管壁的压力，亦称低压。假设舒张压为pmin，收缩压为pmax，袖套对胳膊的压强为p外，在这里控制pmin＜p外＜pmax，由于心脏不断泵血使得血管内的血液对血管内壁有一个向外的压强p内(如附图3所示)。
对于血管壁上的面元ds，由牛顿第二定律得(7)式
其中δr＝r1-r0，r1为血管变化后的半径，r0为血管在没有任何外力情况下的半径，k2为血管的弹性系数，ρ为血管的密度，h为血管壁的厚度。将(7)式两边同除以ds得到式(8):
由于p内是随着血流的流动而变化的，所以在此设法消去此变量，改变袖套的压强分别测得两组数据得到(9)(10)两式：
由于袖套的压强介于收缩压和舒张压之间，所以(8)(9)式中血流对血管壁的压强可近似相等，所以将(10)-(9)得到(11)式：
将(6)式代入(11)式可得(12)式：
其中，δp外＝(p外2-p外1)，δr1＝(r2-r1)，
由于线圈感应的血流磁电信号(线圈上的电位)很微弱，所以为了得到血流感应出的电位，需要在心电信号的同步脉冲下进行积分采集，也就是在测量心电信号，每次心电信号到来的时候同时测量血流磁电信号，经过多次采集后，通过重复采集平均的方法滤除噪声。
综上所述，我们给出了评估血管弹性全部数学模型和计算公式。如果在已知胳膊外感应线圈电信号和两次测量的袖套压强情况下，可以获得血管壁径向变化幅度，进而评估某人血管弹性状况，判断其是否患有动脉硬化等血管疾病。